Асинхронний двигун з короткозамкненим ротором

1. Асинхронний двигун з короткозамкненим ротором, з рівномірно розміщеними по колу ротора поздовжніми пазами, з постійною шириною зубців і зварною обмоткою із мідних стрижнів, який відрізняється тим, що одну половину пазів ротора виготовлено прямокутної форми, а другу половину - трапецеїдальної форми, причому пази тра пецеїдальної форми чергуються з пазами прямокутної форми, висота пазів прямокутної форми дорівнює в двополюсних машинах hn2  0,2D2  0,7dk , в чотириполюсних Винахід належить до електромашинобудування, стосується асинхронних двигунів з короткозамкненою обмоткою на роторі і може бути використаний для підвищення потужності асинхронних двигунів, що працюють в обмежених габаритах, для двигунів, що працюють в режимі великих інтенсивних навантажень, а також в режимі частих і затяжних пусків. Відомі асинхронні двигуни з литою мідною короткозамкненою обмоткою, яку одержують заливкою пазів ротора розплавленою міддю. Такі двигуни по окремих замовленнях випускають для приводу вугільних комбайнів і стругів, для приводу конвеєрів [Чуванков В.Ю., Чувашев В.А., Папазов Ю.Н. и др. Направления совершенствования взрывозащищенных асинхронних двигателей для привода горных машин //Електротехніка і електромеханіка, 2002, №2.-С70-72]. Однак коефіцієнт корисної дії цих двигунів порівняно з двигунами з алюмінієвою заливкою пазів ротора збільшується дуже незначно (1-1,5 %), так як при заливці розплавлена мідь насичується різними домішками і опір її зростає. Найбільш близьким за технічною суттю є асинхронний двигун з короткозамкненим ротором, з рівномірно розміщеними по колу ротора пазами, з постійною шириною зубців і зварною обмоткою із мідних стрижнів [Взрывозащищенные электродвигатели (пособие по эксплуатации и ремонту) /Под общей редакцией канд. техн. наук В.В. Каики. Донецк, 2007. - 342 с: ООО "Юго-Восток, Лтд", 2007. - С. 342]. Недоліком сучасних асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором є великі втрати в обмотці ротора і внаслідок цього недостатня механічна потужність на валу ротора. В основу винаходу поставлена задача удосконалити асинхронний двигун з короткозамкненим ротором, в якому нова конструкція роторної обмотки оптимізує геометрію пазового простору, що дозволяє забезпечити більш повне використання заліза ротора, збільшити пазовий простір для розміщення провідникового матеріалу, і за рахунок цього збільшити потужність асинхронних двигунів. Ця задача здійснюється тим, що в асинхронному двигуні з короткозамкненим ротором, з рівномірно розміщеними по колу ротора пазами, з постійною шириною зубців і зварною обмоткою із мідних стрижнів, згідно з винаходом, одну половину пазів ротора виготовляють прямокутної форми, а другу половину - трапецеїдальної форми, причому пази трапецеїдальної форми чергуються з hn2  0,24D2  1,1dk , в шестиполюсних hn2  0,29D2  1,3dk , в восьмиполюсних (19) UA (11) 94352 (13) C2 hn2  0,29D2  1,4dk , де D2 - діаметр ротора, dk діаметр вентиляційних каналів в роторі, а висота пазів трапецеїдальної форми становить 0,6-0,65 висоти прямокутного паза. 2. Асинхронний двигун з короткозамкненим ротором за п. 1, який відрізняється тим, що на кожному зубцевому діленні розміщено один над другим два стрижні, зовнішні з яких мають круглий поперечний переріз і виготовлені із латуні, а внутрішні мають як прямокутний, так і трапецеїдальний переріз і виготовлені із міді. 3 94352 пазами прямокутної форми, висота пазів прямокутної форми дорівнює в двополюсних машинах hn2  0,2D2  0,7dk , в чотириполюсних 4 hя  BD2 , 2pBя де B  - індукція в повітряному зазорі, B  =0,8 hn2  0,24D2  1,1dk , в шестиполюсних hn2  0,29D2  1,3dk , Тл, в восьмиполюсних Вя - індукція в ярмі, що рекомендується. Приймаємо індукцію Вя дещо меншу середніх значень, що рекомендуються. Для двополюсних машин (2р=2) приймаємо Вя=1,4 Тл, для 2р=4 Вя=1,2 Тл, для 2р=6 - Вя=1,2 Тл, для 2р=8 - Вя=1 Тл. Використовуючи ці значення індукцій і підставляючи (2) в (1), знаходимо висоту паза ротора hn2 , при якій будуть забезпечуватись індукції в ярмі ротора, що рекомендуються. Для двополюсної машини (2р=2) hn2  0,2D2  0,7dk , для чотириполюсної (2р=4) hn2  0,24D2  1,1dk , для шестиполюсної (2р=6) hn2  0,29D2  1,3dk , для восьмиполюсної (2р=8) hn2  0,29D2  1,4dk . Щоб можна було здійснити пази з такими висотами, потрібно їх виконувати в роторах через паз, як показано на фіг.2. Раціонально пази з великою висотою виконувати прямокутної форми, а між ними розміщувати пази трапецеїдальної форми. Висота пазів трапецеїдальної форми залежить від ширини паза в нижній його частині, яка не повинна бути менша трьох міліметрів, і становить 0,6 - 0,65 висоти прямокутного паза. Це співвідношення висот є оптимальним для даної конструкції пазів ротора. Для двигунів з важкими і затяжними пусками пропонується двоклітковий варіант обмотки, в якій на кожному зубцевому діленні розміщені один над другим два стрижні (фіг.3). Верхні стрижні круглого поперечного перерізу виготовляють із латуні і приварюють до мідних короткозамикаючих кілець. Внутрішні стрижні, як прямокутні, так і трапецеїдальні, виготовляють із міді і приварюють до окремих мідних короткозамикаючих кілець. Завдяки такій конструкції роторної обмотки використовуваність магнітопроводу ротора покращується, а поперечний переріз пазів ротора, і, значить, провідниковий матеріал збільшується на 30÷35 %, і майже на стільки ж зменшується активний опір роторної обмотки. Потужність асинхронних двигунів в незмінних габаритах при застосуванні нової конструкції роторної обмотки зростає на 10 %. hn2  0,29D2  1,4dk , де D2 - діаметр ротора, dk діаметр вентиляційних каналів в роторі, а висота пазів трапецеїдальної форми становить 0,6-0,65 висоти прямокутного паза. Крім того, можливо на кожному зубцевому діленні розміщувати один над другим два стрижні, зовнішні з яких мають круглий поперечний переріз і виготовлені із латуні, а внутрішні мають як прямокутний, так і трапецеїдальний переріз і виготовлені із міді. Винахід пояснюється кресленнями, де показані: на фіг. 1 - форма і розміри пазів ротора прототипу; на фіг. 2 - форма, розміри і розміщення пазів заявляємого винаходу; на фіг. 3 - форма, розміри і розміщення пазів ротора з двоклітковою обмоткою. З урахуванням того, що частина магнітного потоку в номінальному режимі проходить через вал, всі розрахункові методики враховують цю обставину наступною формулою для розрахунку висоти ярма ротора: 2  p  D2  2 hя   hn2   dk ,  (1) 3,2p  2  3 де р - число пар полюсів; D2 - діаметр ротора; hn2 - висота паза ротора; dk - діаметр вентиляційних каналів в роторі. Але як показує аналіз всіх серійних двигунів як з трапецеїдальними пазами під мідні стрижні, так і з овальними пазами під заливку пазів розплавленим алюмінієм чи міддю, висота ярма ротора h я виявляється завищеною, індукція в ярмі ротора не перевищує Вя=1Тл, що свідчить про недовикористання активних матеріалів ротора і потенційну заниженість потужності всіх серійних асинхронних двигунів. Збільшення висоти пазів ротора, щоб збільшити провідниковий матеріал обмотки і повноцінно завантажити ярмо ротора, неможливе ізза критичного зменшення ширини паза в нижній його частині (фіг. 1), яка по технологічним умовам не повинна бути менша трьох міліметрів. Оптимальну висоту ярма ротора, яка визначається із врахуванням оптимальної індукції в ярмі ротора Вя, що рекомендується для даної полюсності, знаходять по формулі: 5 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 94352 6 Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601